发酵调控学复习题
2011年
一、简答题
1.发酵调控学的原理
通过掌握微生物生命活动规律及其与环境的关系，设计、调控微生物的生活环境，使其产生期望的目的产物。
掌握计算机在发酵控制方面的知识，通过对数据进行分析，判断过程正常与否，制定优化控制方案。
同时掌握各类典型代谢产物的生产与调节的参数。
2.柠檬酸的发酵生产原理
果提取法：柠檬酸从柠檬、橘子、苹果等柠檬酸含量较高的水果中提取。
生物发酵法：①、表面发酵法。将原料先放入煮沸过内加入水煮沸，一次加皇血盐和EDTA二钠盐煮沸，配成培养基液，加入适量的硫酸铵、磷酸二氢钾作为氮源和营养盐，将培养基液在45-50度下送入发酵室，接入黑曲霉干孢，发酵，②、固体表面发酵法：多以海藻酸钠为载体。将丙烯酰胺单体（ACAM）和N,N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）溶于水后与微生物细胞混合，加入四甲基乙二胺和过硫酸钾，室温下放置30min，得凝胶，提取，得柠檬酸。③、深层发酵法定向培养，使其适应以糖蜜为原料的深层发酵，并提高菌株的产酸率和转化率，对蜜糖进行预处理、发酵、提取，得柠檬酸。
3.乳酸的生物发酵生产原理
发酵法；糖在乳酸菌作用下，调pH 5左右，保持50ºC发酵三-五天得粗乳酸。
同型发酵：微生物通过EMP代谢途径发酵，乳酸是代谢唯一产物，
异型发酵：微生物经由Bifidus途径和PK途径生成乳酸、CO2和乙醇。
合成法：合成方法制备乳酸有乳腈法、丙稀腈法、丙酸法、丙稀法等，用于工业生产的仅乳腈法(也叫乙醛氢氰酸法)和丙稀腈法。
乳腈法：乳腈法是将乙醛和冷的氢氰酸连续送入反应器生成乳腈（或直接用乳腈作原料），用泵将乳腈打入水解釜，注入硫酸、水，使乳腈水解得到粗乳酸。然后再将粗乳酸送人酯化釜，加入乙醇酯化，经精馏、浓缩、分解得精乳酸。
4.肌苷酸的生物发酵生产原理
枯草杆菌通过HMP途径提供合成嘌呤、嘧啶和芳香族氨基酸的基本前体物5-磷酸核糖。要积累肌苷合成的前体，就得尽可能抑制EMP途径，增强HMP途径。肌苷合成的直接前体IMP是嘌呤核苷酸合成的核心，从它分出两条环行路线：一条经XMP合成GMP，再经GMP还原酶作用生成IMP；另一条经过SAMP合成AMP，再经AMP脱氨酶作用生成IMP。腺嘌呤、黄嘌呤双重缺陷型、并对8-氮杂鸟嘌呤有抗性的枯草杆菌变异株，肌苷产量达22.3g/L，添加1％次黄嘌呤则产苷高达33.1g／L。
5四环素的生物发酵生产原理
四环素生产采用合成金霉素的金色链霉菌菌种，通过在特定的培养条件下，控制产生菌的生物合成方向，使其产生95%以上的四环素。金霉素在化学结构上与四环素十分相似，区别仅在C-7位上，以Cl取代了H。所以，金霉素又称为7-氯四环素。金霉素链霉菌是金霉素的产生菌，但当培养基中存在抑氯物质时，由于氯的掺入受阻，而使得金霉素链霉菌的生物合成方向发生变化，并使四环素成为主要产物。本实验以M-促进剂（硫醇苯骈噻唑）作为氯化霉的抑制剂，以溴化钠作为竞争性抑制剂进行四环素的定向发酵。
6、尿苷的生物发酵生产原理
从头合成途径（denovo synthesis）：体内嘌呤核苷酸的合成代谢中，利用磷酸核糖、氨基酸、一碳单位及CO2等简单物质为原料，经过一系列酶促反应，合成嘌呤核苷酸称为从头合成途径。
补救合成途径（salvage pathway）：利用体内游离的嘌呤或嘌呤核苷，经过简单的反应过程，合成嘌呤核苷酸。
腺嘌呤+ PRPP（5-磷酸核糖-1-焦磷酸）→AMP + PPi
次黄嘌呤+ PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸）→IMP + PPi
鸟嘌呤+ PRPP （5-磷酸核糖-1-焦磷酸）→GMP + PPi
鸟苷的生物发酵生产原理
抗黄氨胍突变株，产量得到提高。其中枯草芽孢杆菌T104可以生成11.0g/I，对糖转化率为13.8％。
SAMP合成酶缺失株，于34℃发酵70h，鸟苷产量达19g/L。
酵过程中后期DO控制在20％，对鸟苷发酵最合适，最高产苷达到17.7g／L。
7、红霉素的生物发酵生产原理
原料在V型高速混合机内进行混合均匀后送入揉和机与纯水混合后制成软体。送入制粒机制成圆柱形颗粒后进入圆丸机制成湿润的圆形颗粒，再进入高效硫化床干燥机进行干燥，干燥后进入筛分机，其中筛上物料进入包衣机喷洒一层包衣液，筛下物料回到高速混合机混合。包衣后物料送入干燥机干燥，过筛，筛上物料进入胶囊机装囊，包装成品。筛下物料回V型高速混合机。
8、青霉素的生物发酵生产原理
天然青霉素：青霉素生产分菌种发酵和提取精制①菌种发酵：将产青霉菌接种培养基上，在25℃下培养，得青霉菌孢子培养物。孢子制成悬浮液接种到培养基中，通空气搅拌，在27℃下培养24～28h，将种子培养液接种到含有苯乙酸前体的培养基中，通空气，搅拌，在27℃下培养7天。②提取精制：将青霉素发酵液冷却，过滤。滤液在pH2～2.5的条件下，进行逆流萃取，得丁酯萃取液，转入pH7.0～7.2的缓冲液中，然后再转入丁酯中，将此丁酯萃取液经活性炭脱色，加入成盐剂，经共沸蒸馏即可得。
半合成青霉素：以6APA为中间体与多种化学合成有机酸进行酰化反应，可制得各种类型的半合成青霉素。
9、谷氨酸的生物发酵生产原理
由三羧酸循环中产生的a-酮戊二酸，在谷氨酸脱氢酶和氢供体存在下进行还原性氨化作用而得到。
淀粉的酸水解工艺
1、调浆：干淀粉用水调成10-11˚Bx的淀粉乳，加盐酸0.5-0.8％至pH1.5。
2、糖化：蒸汽加热、加压糖化25min。
3、中和：冷却至80℃，烧碱中和至pH4.0-5.0（避免产生焦糖又保证过滤，中和为沉淀胶体）。
4、脱色：活性炭脱色和脱色树脂。活性炭用量为0.6-0.8％，在70℃及酸性条件下搅拌后过滤。
淀粉的酶法糖化工艺
以大米或碎米为原料时采用大米浸泡磨浆，再调成15˚Bx，pH6.0，加细菌α-淀粉酶在85 ℃下液化30min，加糖化酶60 ℃糖化24h，过滤后可供配制培养基。
10、维生素C的生物发酵生产原理
